高分解能共鳴逆光電子分光によるホールをドープしたMott絶縁体の非占有電子状態

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15740224
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 樋口 透 東京理科大学, 理学部応用物理学科, 助手 (80328559)
• Keywords: Mott絶縁体 / La_<1-x>Sr_xTiO_3 / 逆光電子分光 / 金属-絶縁体転移 / 電子相関 / Hubbard band / 準粒子バンド / 非占有電子状態

Research Abstract

ペロブスカイト型構造を有するLaTiO_3は、d^1電子系のMott絶縁体である。La^<3+>サイトにSr^<2+>を置換(La_<1-x>Sr_xTiO_3)することにより、Mott絶縁体から金属相へ転移する。Sr置換に伴う金属-絶縁体(M-I)転移の出現は、キャリア数の変化ではなく、その有効質量の増大に現れ、κやγはI-M転移に向けて、臨界的に増大するため、M-I転移における電子相関(U_<dd>)の寄与を示唆している。実験的研究の代表例は、光電子分光による占有電子状態の研究である。3.2eVのバンドギヤップ内には、Fermi準位(E_F)直上に準粒子バンド、E_Fから1.5eV付近にLower-Hubbard bandが観測されている。しかしながら、U_<dd>の見積もりのためには、非占有電子状態に予言されている準粒子バンドとUpper-Hubbard bandの存在が明らかにされていない。本研究では、逆光電子分光の高分解能化を図ることにより、La_<1-x>Sr_xTiO_3のI-M転移近傍の非占有電子状態を観測することを目的としている。
平成15年度は、逆光電子分光装置の高分解能化を試みた。軟X線発光分光器の高分解能化を実現するために、専用の明るい分光器をレイトレースすることにより、光学素子を設計し、調整を行うことで、Ek=100eVで0.2eV以下の分解能を達成した。作製したLaTiO_3単結晶を用いて予備実験を行い、Upper-Hubbard bandの存在と準粒子バンドの存在を明確に観測することができた。

Research Products

• [Publications] T.Higuchi, Y.Yokoyama, S.Yamaguchi, A.Fukushima, S.Shin, T.Tsukamoto: "Bulk Electronic State of SrTiO_<3-δ> Probed by Resonant Soft-X-ray Emission Spectroscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L592-L594 (2003)
• [Publications] T.Higuchi, K.Kobayashi, S.Yamaguchi, A.Fukushima, S.Shin, T.Tsukamoto: "Band Structure of TiO_2-Doped Yttria-Stabilized Zirconia Probed by Soft-X-Ray Spectroscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L941-L943 (2003)
• [Publications] T.Higuchi, D.Baba, T.Tsukamoto, Y.Taguchi, Y.Tokura, S.Shin: "On-site Coulomb energy vs.crystal-field splitting for insulator-metal transition of La_<1-x>Sr_xTiO_3"Physical Review. B68. 104420-1-104420-5 (2003)
• [Publications] T.Higuchi, S.Yamaguchi, N.Sata, S.Shin, T.Tsukamoto: "Evidence of O-H bond in the Bulk State of Protonic Conductor Y-doped SrCeO_3 by Soft-X-Ray Spectroscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L1265-L1267 (2003)
• [Publications] T.Higuchi, Y.Yokoyama, M.Hasegawa, H.Takei, S.Shin, T.Tsukamoto: "Electronic Structure of Delafossite-Type Oxide PtCoO_2 by Resonant-Photoemission Spectroscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 5698-5699 (2003)
• [Publications] T.Higuchi, Y.Moriuchi, Y.Noguchi, M.Miyayama, S.Shin, T.Tsukamoto: "Electronic Structures of Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12> and Bi_4Zr_xTi_<3-x>O_<12> Single Crystals by Soft-X-Ray Spectroscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 6226-6229 (2003)